JP5285772B2 - 不揮発性記憶の電流制限を用いたリバースセット - Google Patents
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Description
図1は、メモリセル200に関する1つの実施形態の概略斜視図を示す。メモリセル200は、第1導電体206と第2導電体208の間においてステアリング素子204に直列に接続される可逆的抵抗スイッチング素子202を備える。
上記したように、可逆的抵抗スイッチング素子202は、2以上の状態の間を可逆的にスイッチしてもよい。例えば、可逆的抵抗性スイッチング材料は、製造時の初期状態で高抵抗率であり、第1の電圧及び/又は電流の印加によって低抵抗率にスイッチしてもよい。可逆的抵抗性スイッチング材料は、第2の電圧及び/又は電流の印加によって高抵抗率状態に戻ってもよい。図7は、酸化金属可逆的抵抗スイッチング素子の1つの実施形態における電圧・電流を示す図である。ライン400は、可逆的抵抗スイッチング素子が高抵抗率(ROFF)のときのI−V特性を示す。ライン402は、可逆的抵抗スイッチング素子が低抵抗率(RON)のときのI−V特性を示す。
ある実施形態では、メモリセルを流れる電流を制御及び/又は制限する回路がメモリセルから離れて設けられてもよい。この距離は、モノリシックな3次元メモリアレイにとって大きな問題となり得る。3次元メモリアレイでは、制御回路が基板表面上にあり、メモリセルが3次元メモリアレイの上側層上にある(上述)。この距離によって、導電経路が長くなり、その結果、配線に比較的大きな容量が形成される。場合によっては、メモリセルがセットされると、次に、配線上の容量充電がメモリセルを介して消散され、それにより、余分な電流が可逆的抵抗スイッチング素子を流れる。この余分な電流は、素子をリセットするのが困難又は不可能なほどの低い抵抗値にまで可逆的抵抗スイッチング素子をセットするかもしれない。一つの提案は、セット動作中にビット線とデータバスを放電させることによって、セット完了後に不要な電流がメモリセルを介して駆動されないようにすることである。この実施形態では、セット動作中にダイオードは順バイアスされ、Vsetがパルスとして印加される。Vsetパルスは可逆的抵抗スイッチング素子をセットするのに必要な時間よりも短い。これにより、余分な電荷は、ビット線及びデータバスからの放電にのみ提供され、Vsetパルスによって提供されない。ある実施形態では、セット動作に続いて、セット動作が成功したか否かを見るための検証動作が行われる。失敗の場合、セット動作は再実行される。
これまでの実施形態では、可逆的抵抗スイッチング素子は、Vresetを印加して大きな電流を可逆的抵抗スイッチング素子に流すことでリセットされる。ステアリング素子としてダイオードを利用するメモリセルでは、セットとリセットの間での振動又は大きくて十分な電流の提供を失敗するということをリセット動作中に経験する可能性がある。本明細書で提案される1つの解決方法では、セット電圧以上の電圧を短いパルス時間(数十ナノ秒のオーダー)で印加することによってリセットを実行することである。パルスは、セット動作に必要とされるものよりも短いが、リセット動作又は複数パルスに分割されたリセット動作にとっては十分に長い。これにより、セット動作が発生しないこと、そしてセットとリセットの間での振動も発生しないことが保証される。短いパルスの印加後に、メモリセルがリセットされたかどうかを見るためにメモリセルは検証される。リセットが検証されなければ、他のパルスが印加される。このプロセスは、メモリセルがリセットされるまで続けられる。1つの実施形態では、ダイオードはリセット中に順バイアスされ、正電圧のみが用いられる。
上記したように、セット中に可逆的抵抗スイッチング素子がオーバーセットされる可能性があり、それにより、リセット又はセットとリセットの間で振動してしまう。同様に、リセット中に可逆的スイッチング素子がオーバーリセットされる可能性があり、それにより、セット又はセットとリセットの間で振動してしまう。他の提案する解決方法は、即時に可逆的抵抗スイッチング素子をテストしてリセット(又はセット)することであり、これにより、反対動作又は振動が始まる前にプログラミングプロセスをとても素早く停止させる。
Claims (11)
- 記憶システムであって、
可逆的抵抗スイッチング材料(230)に対して直列に接続されているダイオード(204)を有する可逆的抵抗スイッチングメモリセル(200,250)と、
電流制限回路(524,526,588,590)と、
前記可逆的抵抗スイッチングメモリセル(200,250)と通信する第1制御線(選択WL)と、
前記第1制御線と通信するとともに、前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルに対して第1信号を選択的に供給する第1選択回路(510,512,580,582)と、
前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルと通信する第2制御線(選択BL)と、
前記第2制御線と通信する第2選択回路(BL選択回路)と、を備えており、
前記第2選択回路は、前記第1選択回路が前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルに前記第1信号を提供して前記ダイオードに逆ブレークダウン電圧を超えた逆バイアスを印加するとともに前記可逆的抵抗スイッチング材料を低抵抗状態にセットしているときに、前記第2制御線を前記電流制限回路に選択的に接続し、
前記ダイオードは、前記可逆的抵抗スイッチング材料が高抵抗状態にリセットされるときに順バイアスされ、
前記電流制限回路は、第1ノード(VSENSE)、前記第1ノードに対する出力を有するカレントミラー(524,526,588,590)と、前記第1ノードと通信するコンパレータ(530,594)と、を含んでおり、
前記第1ノードは、前記第2選択回路を介して前記第2制御線と通信する記憶システム。 - 前記第2制御線から前記第1ノードに流れる電流は前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルを流れる電流を表わしており、
前記カレントミラー(524,526,588,590)は参照電流(ILIMREF)をミラーして動作しており、
前記第2制御線から前記第1ノードに流れる電流が前記参照電流に近づくと、前記第1ノード(VSENSE)の電圧が参照電圧に向けて変動し、
前記コンパレータ(530,594)は前記第1ノードの電圧を前記参照電圧と比較する請求項1に記載の記憶システム。 - 前記電流制限回路(524,526,588,590)は、前記コンパレータの出力と通信するとともに、前記コンパレータの出力によって制御され、前記第2制御線の信号を選択的にアサートし、前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルを低抵抗状態にセットする状況から前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルを非選択とする請求項1又は2に記載の記憶システム。
- 前記可逆的抵抗スイッチングメモリセル(200,250)は、前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルを低抵抗状態にセットする動作のための電流制限に関連しており、
前記参照電流(ILIMREF)は、前記電流制限を表わす請求項2に記載の記憶システム。 - 前記可逆的抵抗スイッチングメモリセル(200,250)は不揮発性である請求項1〜4のいずれか一項に記載の記憶システム。
- 複数の追加メモリセル(302)をさらに備えており、
前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルと前記複数の追加メモリセルは、モノリシックな3次元メモリアレイを有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の記憶システム。 - 前記可逆的抵抗スイッチングメモリセルと通信する読出し回路(312,458,462,464,466,468)をさらに備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の記憶システム。
- 記憶システムを動作させる方法であって、
可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセル(200,250)に逆バイアスを印加して、前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを低抵抗状態にセットする工程(550,552,554)と、
前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを低抵抗状態にセットしているときに、電流制限回路を用いて前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを流れる電流を制限する工程(554)と、を備えており、
前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルは、可逆的抵抗スイッチング材料(230)に対して直列に接続されているダイオード(204)を有しており、
前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセル(200,250)に逆バイアスを印加することは、前記ダイオードに逆ブレークダウン電圧を超えた逆バイアスを提供するとともに前記可逆的抵抗スイッチング材料を低抵抗状態にセットし、
前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを低抵抗状態にセットする工程は、
モノリシックな3次元メモリアレイのワード線とビット線を第1電圧レベルにバイアスすること(550)と、
選択ワード線を少なくともダイオード降下分だけ前記第1電圧レベルよりも高くバイアスすること(552)と、
接地経路を用いて選択ビット線を前記電流制限回路に接続すること(554)と、を有し、
前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを流れる電流を制限する工程は、
第1ノードを介して前記選択ビット線に接続されるカレントミラーを動作させること(556)と、
前記第1ノードの電圧を監視すること(558)と、
前記第1ノードの電圧を参照電圧と比較すること(558)と、
前記第1ノードの電圧が前記参照電圧に対して所定レベルになったときに、前記選択ビット線に保護電圧を印加すること(560)と、を有する方法。 - 前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを流れる電流を制限する工程はさらに、前記第1ノードの電圧が前記参照電圧に対して所定レベルになったときに、前記カレントミラーに入力する参照電流を無効にすること(560)を有する請求項8に記載の方法。
- 前記カレントミラーは、前記カレントミラーの出力がミラーされた参照電流入力(ILIMREF)を含んでおり、
前記参照電流入力は、前記可逆的抵抗スイッチング不揮発性記憶メモリセルを低抵抗状態にセットするための電流制限と一致する請求項8に記載の方法。 - 前記ダイオードに順バイアスを印加して前記可逆的抵抗スイッチング材料を高抵抗状態にセットすること(406)をさらに備える請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。
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